Он почти на четверть превосходит центральный, так что подкупольный квадрат сильно растянут по продольной оси; по ширине западный поперечный неф (2–2,5 м) существенно превосходит восточный (около 1,5 м), общая глубина центральной апсиды от грани восточных столбов – 3,5 м. Внутри собор имел три алтарных полукружия и снаружи был, как полагают исследователи, трёхапсидным. Это сравнительно крупный храм, максимально расширенный в западной и средней частях, – вероятно, потому, что вся восточная отводилась под алтарь: вдоль западного фаса восточных столбов стоял каменный темплон (сохранилось его основание). Исследователи полагают, что боковые проёмы сдвигались к западу от оси средокрестья с целью образовать пространство перед алтарной преградой; найдены четыре столпа от белокаменного храма, очевидно, относящиеся к 1340 гг. Исследователи предполагают, что храм был одноглавым, со световым барабаном и с позакомарным покрытием. Он не имел подклета, но стоял на высоком (1,5 м) засыпном цоколе, типичном для раннемосковских церквей, верх которого имел развитую профилировку. Между порталами и окнами по фасаду проходил резной пояс с характерным для второй половины XIV в. – XV в. резным растительным орнаментом. На некоторых блоках сохранились фрагменты фресок, а шероховатая теска поверхности многих камней показывает, что собор готовили к росписи изначально. В конце XV – первой половине XVI вв. с запада к храму пристроили трапезную палату, кирпично-каменную, архаичной планировки: центральная палата расположена на одной оси с храмом, к северу от неё проходил осевой коридор с помещениями далее к северу и к северо-востоку; развитие на юг исследователям неизвестно; вдоль западного фасада проходила аркада. Трапезная существенно шире храма, с подклетным и не менее чем двумя наземными этажами. Подклет включал поварню и хлебопекарню с отопительным узлом (изучены остатки печей), а также ледники, кладовые для припасов. В конце XVI – начале XVII вв. монастырь пережил большой пожар, но белокаменный собор и трапезная в то время не пострадали и погибли при пожаре 1684 г., следы от которого сохранились на полах трапезной. После этого пожара комплекс разобрали, подклет забутовали строительными остатками и надгробиями, а на остатках фундаментов и стен основали ныне существующий собор в стиле нарышкинского барокко. Новый храм повторял осевую композицию старого и следовал принятой в Китай-городе ориентировке на ближайшую Никольскую ул., но был длиннее. Вокруг каменного храма и трапезной в XV–XVII вв. сложился некрополь, включавший погребения рода Вельяминовых и их свойственников. В западной аркаде трапезной сохранились два уровня белокаменных гробов-саркофагов, как полагают исследователи, знатнейших и наиболее близких к монастырю донаторов. Учитывая, что и позднее к западу от трапезной хоронили потомков Вельяминовых-Воронцовых (отмечено несколько надгробий конца XVI в. – второй половины XVII в.), исследователи считают эту зону их родовым участком.